Предлагаемый учебник входит в учебно-методический комплект по биологии для основной школы (5-9 классы), созданный на основе оригинальной авторской программы под руководством В.В.Пасечника.
Биология - наука о жизни.
Биология - наука о жизни. Она изучает живые организмы, их строение, развитие и происхождение, взаимоотношения со средой обитания и с другими живыми организмами.
Биология - одна из древнейших наук, хотя сам термин «биология» для ее обозначения был предложен лишь в 1797 г. немецким профессором Т. Рузом (1771-1803). Общепринятым, однако, он стал после того, как его в 1802 г. начали употреблять в своих работах Ж.Б. Ламарк (1744- 1829), Л. К. Тревиранус (1779-1864).
Знания о живых организмах человек накапливал на протяжении тысячелетий.
В наши дни биология - комплексная наука, сформировавшаяся в результате дифференциации и интеграции разных научных дисциплин.
Например, из ботаники выделились микология (наука о грибах), бриология (наука, изучающая мхи), альгология (наука, изучающая водоросли), палеоботаника (изучающая остатки древних растений) и другие дисциплины.
Происходит дифференциация и в сравнительно молодых биологических науках. Так, генетика дифференцировалась на общую и молекулярную генетику, генетику растений, животных, микроорганизмов, человека, популяционную генетику и т. д.
В результате интеграции наук возникли биофизика, биохимия, радиобиология, космическая биология и т. д.
Биологические знания не только позволяют составить научную картину мира, но и могут быть использованы в практических целях.
Так, связи биологических знаний с медициной и сельским хозяйством уходят в далекое прошлое. А в наше время они приобрели еще большее значение.
Оглавление
Введение 3
1. Биология - наука о жизни 4
2. Методы исследования в биологии 6
3. Сущность жизни и свойства живого 10
Краткое содержание вводного раздела 13
РАЗДЕЛ 1 УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
Глава 1 Молекулярный уровень
1.1. Молекулярный уровень: общая характеристика 16
1.2. Углеводы IS
1.3. Липиды 21
1.4. Состав и строение белков 23
1.5. Функции белков 27
1.6. Нуклеиновые кислоты 29
1.7. АТФ и другие органические соединения клетки 33
1.8. Биологические катализаторы 35
1.9. Вирусы 37
Краткое содержание главы 40
Глава 2 Клеточный уровень
2.1. Основные положения клеточной теории 42
2.2. Общие сведения о клетках. Клеточная мембрана 43
2.3. Ядро 46
2.4. Эндоплазматичеекая сеть. Рибосомы. Комплекс Гольджи 49
2.5. Лизосомы. Митохондрии. Пластиды 52
2.6. Клеточный центр. Органоиды движения. Клеточные включения 56
2.7. Различия в строении клеток эукариот и прокариот 58
2.8. Ассимиляция и диссимиляция. Метаболизм 60
2.9. Энергетический обмен в клетке 62
2.10. Питание клетки 64
2.11. Фотосинтез и хемосинтез 65
2.12. Гетеротрофы 69
2.13. Синтез белков в клетке 70
2.14. Деление клетки. Митоз 77
Краткое содержание главы 81
Глава 3 Организменный уровень
3.1. Бесполое размножение организмов 84
3.2. Половое размножение организмов 87
3.3. Оплодотворение 92
3.4. Индивидуальное развитие организмов. Биогенетический закон 93
3.5. Закономерности наследования признаков, установленные Г. Менделем. Моногибридное скрещивание 100
3.6. Неполное доминирование. Генотип и фенотип. Анализирующее скрещивание 105
3.7. Дигибридное скрещивание. Закон независимого наследования признаков 107
3.8. Сцепленное наследование признаков. Закон Т. Моргана. Перекрест 110
3.9. Взаимодействие генов 112
3.10. Генетика пола. Сцепленное с полом наследование 115
3.11. Закономерности изменчивости: модификационная изменчивость. Норма реакции 117
3.12. Закономерности изменчивости: мутащионная изменчивость 119
3.13. Основы селекции. Работы Н. И. Вавилова 122
3.14. Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов 126
Краткое содержание главы 130
Глава 4 Популяционно-видовой уровень
4.1. Критерии вида 134
4.2. Популяции 138
4.3. Биологическая классификация 141
Краткое содержание главы 144
Глава 5 Экосистемный уровень
5.1. Сообщество, экосистема, биогеоценоз 146
5.2. Состав и структура сообщества 149
5.3. Потоки вещества и энергии в экосистеме 158
5.4. Продуктивность сообщества 161
5.5. Саморазвитие экосистемы 164
Краткое содержание главы 170
Глава 6 Биосферный уровень
6.1. Биосфера. Среды жизни 172
6.2. Средообразующая деятельность организмов 178
6.3 Круговорот веществ в биосфере 180
Краткое содержание главы 185
РАЗДЕЛ 2 ЭВОЛЮЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
Глава 7 Основы учения об эволюции
7.1. Развитие эволюционного учения. Ч. Дарвин 188
7.2. Изменчивость организмов 193
7.3. Генетическое равновесие в популяциях и его нарушения 197
7.4. Борьба за существование и естественный отбор 201
7.5. Формы естественного отбора 206
7.6. Изолирующие механизмы 210
7.8. Макроэволюция 217
7.9. Основные закономерности эволюции 220
Краткое содержание главы 225
Глава 8 Возникновение и развитие жизни на Земле
8.1. Гипотезы возникновения жизни 228
8.2. Развитие представлений о происхождении жизни. Гипотеза Опарина - Холдейна 232
8.3. Современные гипотезы происхождения жизни 236
8.4. Основные этапы развития жизни на Земле 238
8.5. Развитие жизни на Земле. Эра древней жизни 243
8.6. Развитие жизни в протерозое и палеозое 247
8.7. Развитие жизни в мезозое 252
8.8. Развитие жизни в кайнозое 257
Краткое содержание главы 260
РАЗДЕЛ 3 ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ
Глава 9 Организм и среда
9.1. Экологические факторы. Условия среды 264
9.2. Общие закономерности влияния экологических факторов на организмы 268
9.3. Экологические ресурсы 270
9.4. Адаптация организмов к различным условиям существования 272
9.5. Межвидовые отношения организмов 277
9.6. Колебания численности организмов. Экологическая регуляция 279
Краткое содержание главы 285
Глава 10 Биосфера и человек
10.1. Эволюция биосферы 288
10.2. Антропогенное воздействие на биосферу 294
10.3. Основы рационального природопользования 297
Краткое содержание главы 299.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Биология, Введение в общую биологию и экологию, 9 класс, Каменский А.А., 2002 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Скачать файл № 1 - pdf
Скачать файл № 2 - djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.
В. В. Пасечник, А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, Г. Г. Швецов
Биология. Введение в общую биологию. 9 класс
Как работать с учебником
Уважаемые девятиклассники!
Пришло время обобщить все те знания о живых организмах (биологических системах), которые вы получили в предыдущих классах. В текущем учебном году вам предстоит изучить общебиологические закономерности функционирования биосистем на различных уровнях организации живого. Кроме того, вы сможете подвести определённые итоги своей учебной работы за весь период изучения школьного курса биологии (с 6 по 9 класс). Как и в предыдущие годы, вашим помощником будет учебник.
Текст учебника разделён на главы и параграфы. Нужный материал вы найдёте по оглавлению или с помощью указателя терминов, размещённого в конце учебника.
Приступая к работе, внимательно прочитайте название главы, вводный текст и информацию о том, что вы узнаете и чему научитесь. Это поможет вам понять, на какой материал следует обратить особое внимание. Перед каждым параграфом помещены вопросы, предлагающие вам актуализировать ранее полученные знания, настроиться на усвоение нового материала. Понятия, на которые нужно обратить особое внимание при чтении текста параграфа, напечатаны курсивом. Все новые для вас термины вынесены на цветную плашку в конце каждого параграфа. Их следует запомнить и уметь объяснять сущность заложенного в них понятия или давать его определение.
Внимательно рассматривайте и изучайте иллюстрации, содержащиеся в параграфе, читайте подписи к ним. Это поможет вам лучше понять содержание текста, получить новые знания о рассматриваемых в параграфе объектах, процессах или явлениях природы.
Обязательно отвечайте на вопросы в конце параграфа. Они призваны проверить усвоение вами материала параграфа, обратить ваше внимание на наиболее важные аспекты приведённой информации.
Помещённые после вопросов задания направлены на приобретение вами навыков анализа, обобщения, сравнения, классифицирования, доказательства; умения вести дискуссию, выстраивать межпредметные связи, выполнять творческие задачи.
Важным условием успешного овладения вами новыми знаниями и умениями является выполнение лабораторных и практических работ. Их описание дано в учебнике после соответствующего по содержанию параграфа.
После некоторых параграфов приведён дополнительный материал по теме, а также даны ссылки на дополнительные источники информации, представленные на CD-дисках и в сети Интернет.
В конце каждой главы кратко излагаются основные её положения, что позволяет обобщить изученный материал.
В целях лучшего усвоения учебного материала старайтесь делать собственный конспект параграфа на бумаге или на компьютере в виде краткого текста или схемы. Конспект должен содержать главную идею, новые термины и их связь с ранее усвоенными понятиями, ваши основные мысли по теме и выводы.
В процессе самостоятельной работы, например при подготовке домашнего задания, ищите дополнительную информацию, пользуясь школьной библиотекой или электронными ресурсами сети Интернет. Собранный материал вы сможете использовать в дальнейшем в процессе подготовки различных работ творческого характера (докладов, рефератов, презентаций и рукописей научно-исследовательских проектов).
Огромную помощь в учёбе может оказать ваше сотрудничество с другими учащимися, учителями и родителями. Интересные результаты могут быть получены в процессе коллективного обсуждения результатов вашей работы, например во время проведения итоговых семинаров или конференций.
Работая с учебником, постоянно оценивайте свои достижения. Довольны ли вы ими? Что нового вы узнаёте при изучении новой темы? Как могут пригодиться вам эти знания в повседневной жизни? Если какой-то материал покажется вам сложным, обратитесь за помощью к учителю или воспользуйтесь справочной литературой и ресурсами Интернета. Дополнительную информацию по темам курса вы можете найти на сайтах: http://school-collection.edu.ru/catalog/ (Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов), http://sbio.info/ (Современная биология, научные обзоры, новости науки), http://www.krugosvet.ru/ (Энциклопедия Кругосвет), http://rosolymp.ru/ (Информационный портал Всероссийской биологической олимпиады для школьников), http://www.ecoinform.ru/ (Сайт агентства экологической информации «ИНЭКО»), http://ecodelo.org/ (Интернет-портал для поддержки экологических проектов и общественных организаций России. Конкурсы экологических проектов, календарь событий и карта проектов), http://www.sci.aha.ru/ (Веб-атлас содержит статистические и демографические материалы о населении России, природных условиях страны, антропогенных воздействиях на природные экосистемы, социальных процессах и др.).
Желаем вам успехов в учёбе и новых открытий в интересном и разнообразном мире живой природы!
Введение
Накопленные человечеством знания столь обширны, что ни один человек не способен усвоить их полностью. Но каждый из нас должен иметь чёткое представление об окружающем его мире и законах, по которым он развивается. Без этих знаний человек не сможет чувствовать себя членом современного общества, оценивать состояние окружающей природы, частью которой он является, принимать правильные решения в повседневной жизни.
Узнать, что изучает биология и как происходило её становление как науки;
Познакомиться с методами, применяемыми в биологии;
Понять, чем живое отличается от неживого;
Уяснить роль биологических знаний в современном мире.
§ 1. Биология – наука о живой природе
1. Что изучает биология?
2. Какие биологические науки вам известны?
3. Каких учёных-биологов вы знаете?
Биология – наука о живой природе. Биология изучает живые организмы, их строение, развитие и происхождение, взаимоотношения со средой обитания и с другими живыми организмами. Знания о живых организмах человек накапливал на протяжении тысячелетий (рис. 1).
Биология – одна из древнейших наук, хотя сам термин для её обозначения – «биология» – был предложен лишь в 1797 г. немецким профессором Т. Рузом (1771–1803). Однако общепринятым этот термин стал после того, как в 1802 г. его стали употреблять в своих работах Ж. Б. Ламарк (1744–1829), Л. К. Тревиранус (1779–1864).
В наши дни биология – комплексная наука, сформировавшаяся в результате дифференциации и интеграции разных научных дисциплин. Например, из ботаники выделились микология (наука о грибах), бриология (наука, изучающая мхи), альгология (изучающая водоросли), палеоботаника (изучающая остатки древних растений) и другие дисциплины.
Происходит дифференциация и в сравнительно молодых биологических науках. Так, генетика разделилась на общую и молекулярную генетику, генетику растений, животных, микроорганизмов, человека, популяционную генетику и т. д.
В результате интеграции наук возникли биофизика, биохимия, радиобиология, космическая биология и т. д.
Значение биологических знаний в современной жизни. Биологические знания не только позволяют составить научную картину мира, но и могут быть использованы в практических целях. Так, связи биологических знаний с медициной и сельским хозяйством сформировались в далёком прошлом. А в наше время они приобрели ещё большее значение.
Благодаря достижениям биологии промышленным путём получают медицинские препараты, витамины, биологически активные вещества. Открытия, сделанные в генетике, анатомии, физиологии и биохимии, позволяют поставить больному человеку правильный диагноз и выработать эффективные пути лечения и профилактики различных болезней, в том числе и тех, которые раньше считались неизлечимыми.
Рис. 1. Биология – наука о живой природе
Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости учёные-селекционеры получили новые высокопродуктивные породы домашних животных и сорта культурных растений. На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.
В настоящее время изучаются механизмы биосинтеза белка и фотосинтеза. Учёные надеются, что в будущем это позволит решить проблему промышленного получения ценных органических веществ.
Изучение строения и принципов работы различных систем живых организмов помогли найти оригинальные решения в технике и строительстве.
Благодаря достижениям биологии всё большее значение приобретает новое направление материального производства – биотехнология . Уже сейчас она оказывает значительное влияние на решение таких глобальных проблем, как производство продуктов питания, поиск новых источников энергии, охрана окружающей среды и др.
Текущая страница: 1 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 11 страниц]
В. В. Пасечник, А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, Г. Г. Швецов
Биология. Введение в общую биологию. 9 класс
Как работать с учебником
Уважаемые девятиклассники!
Пришло время обобщить все те знания о живых организмах (биологических системах), которые вы получили в предыдущих классах. В текущем учебном году вам предстоит изучить общебиологические закономерности функционирования биосистем на различных уровнях организации живого. Кроме того, вы сможете подвести определённые итоги своей учебной работы за весь период изучения школьного курса биологии (с 6 по 9 класс). Как и в предыдущие годы, вашим помощником будет учебник.
Текст учебника разделён на главы и параграфы. Нужный материал вы найдёте по оглавлению или с помощью указателя терминов, размещённого в конце учебника.
Приступая к работе, внимательно прочитайте название главы, вводный текст и информацию о том, что вы узнаете и чему научитесь. Это поможет вам понять, на какой материал следует обратить особое внимание. Перед каждым параграфом помещены вопросы, предлагающие вам актуализировать ранее полученные знания, настроиться на усвоение нового материала. Понятия, на которые нужно обратить особое внимание при чтении текста параграфа, напечатаны курсивом. Все новые для вас термины вынесены на цветную плашку в конце каждого параграфа. Их следует запомнить и уметь объяснять сущность заложенного в них понятия или давать его определение.
Внимательно рассматривайте и изучайте иллюстрации, содержащиеся в параграфе, читайте подписи к ним. Это поможет вам лучше понять содержание текста, получить новые знания о рассматриваемых в параграфе объектах, процессах или явлениях природы.
Обязательно отвечайте на вопросы в конце параграфа. Они призваны проверить усвоение вами материала параграфа, обратить ваше внимание на наиболее важные аспекты приведённой информации.
Помещённые после вопросов задания направлены на приобретение вами навыков анализа, обобщения, сравнения, классифицирования, доказательства; умения вести дискуссию, выстраивать межпредметные связи, выполнять творческие задачи.
Важным условием успешного овладения вами новыми знаниями и умениями является выполнение лабораторных и практических работ. Их описание дано в учебнике после соответствующего по содержанию параграфа.
После некоторых параграфов приведён дополнительный материал по теме, а также даны ссылки на дополнительные источники информации, представленные на CD-дисках и в сети Интернет.
В конце каждой главы кратко излагаются основные её положения, что позволяет обобщить изученный материал.
В целях лучшего усвоения учебного материала старайтесь делать собственный конспект параграфа на бумаге или на компьютере в виде краткого текста или схемы. Конспект должен содержать главную идею, новые термины и их связь с ранее усвоенными понятиями, ваши основные мысли по теме и выводы.
В процессе самостоятельной работы, например при подготовке домашнего задания, ищите дополнительную информацию, пользуясь школьной библиотекой или электронными ресурсами сети Интернет. Собранный материал вы сможете использовать в дальнейшем в процессе подготовки различных работ творческого характера (докладов, рефератов, презентаций и рукописей научно-исследовательских проектов).
Огромную помощь в учёбе может оказать ваше сотрудничество с другими учащимися, учителями и родителями. Интересные результаты могут быть получены в процессе коллективного обсуждения результатов вашей работы, например во время проведения итоговых семинаров или конференций.
Работая с учебником, постоянно оценивайте свои достижения. Довольны ли вы ими? Что нового вы узнаёте при изучении новой темы? Как могут пригодиться вам эти знания в повседневной жизни? Если какой-то материал покажется вам сложным, обратитесь за помощью к учителю или воспользуйтесь справочной литературой и ресурсами Интернета. Дополнительную информацию по темам курса вы можете найти на сайтах: http://school-collection.edu.ru/catalog/ (Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов), http://sbio.info/ (Современная биология, научные обзоры, новости науки), http://www.krugosvet.ru/ (Энциклопедия Кругосвет), http://rosolymp.ru/ (Информационный портал Всероссийской биологической олимпиады для школьников), http://www.ecoinform.ru/ (Сайт агентства экологической информации «ИНЭКО»), http://ecodelo.org/ (Интернет-портал для поддержки экологических проектов и общественных организаций России. Конкурсы экологических проектов, календарь событий и карта проектов), http://www.sci.aha.ru/ (Веб-атлас содержит статистические и демографические материалы о населении России, природных условиях страны, антропогенных воздействиях на природные экосистемы, социальных процессах и др.).
Желаем вам успехов в учёбе и новых открытий в интересном и разнообразном мире живой природы!
Введение
Накопленные человечеством знания столь обширны, что ни один человек не способен усвоить их полностью. Но каждый из нас должен иметь чёткое представление об окружающем его мире и законах, по которым он развивается. Без этих знаний человек не сможет чувствовать себя членом современного общества, оценивать состояние окружающей природы, частью которой он является, принимать правильные решения в повседневной жизни.
Узнать, что изучает биология и как происходило её становление как науки;
Познакомиться с методами, применяемыми в биологии;
Понять, чем живое отличается от неживого;
Уяснить роль биологических знаний в современном мире.
§ 1. Биология – наука о живой природе
1. Что изучает биология?
2. Какие биологические науки вам известны?
3. Каких учёных-биологов вы знаете?
Биология – наука о живой природе. Биология изучает живые организмы, их строение, развитие и происхождение, взаимоотношения со средой обитания и с другими живыми организмами. Знания о живых организмах человек накапливал на протяжении тысячелетий (рис. 1).
Биология – одна из древнейших наук, хотя сам термин для её обозначения – «биология» – был предложен лишь в 1797 г. немецким профессором Т. Рузом (1771–1803). Однако общепринятым этот термин стал после того, как в 1802 г. его стали употреблять в своих работах Ж. Б. Ламарк (1744–1829), Л. К. Тревиранус (1779–1864).
В наши дни биология – комплексная наука, сформировавшаяся в результате дифференциации и интеграции разных научных дисциплин. Например, из ботаники выделились микология (наука о грибах), бриология (наука, изучающая мхи), альгология (изучающая водоросли), палеоботаника (изучающая остатки древних растений) и другие дисциплины.
Происходит дифференциация и в сравнительно молодых биологических науках. Так, генетика разделилась на общую и молекулярную генетику, генетику растений, животных, микроорганизмов, человека, популяционную генетику и т. д.
В результате интеграции наук возникли биофизика, биохимия, радиобиология, космическая биология и т. д.
Значение биологических знаний в современной жизни. Биологические знания не только позволяют составить научную картину мира, но и могут быть использованы в практических целях. Так, связи биологических знаний с медициной и сельским хозяйством сформировались в далёком прошлом. А в наше время они приобрели ещё большее значение.
Благодаря достижениям биологии промышленным путём получают медицинские препараты, витамины, биологически активные вещества. Открытия, сделанные в генетике, анатомии, физиологии и биохимии, позволяют поставить больному человеку правильный диагноз и выработать эффективные пути лечения и профилактики различных болезней, в том числе и тех, которые раньше считались неизлечимыми.
Рис. 1. Биология – наука о живой природе
Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости учёные-селекционеры получили новые высокопродуктивные породы домашних животных и сорта культурных растений. На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.
В настоящее время изучаются механизмы биосинтеза белка и фотосинтеза. Учёные надеются, что в будущем это позволит решить проблему промышленного получения ценных органических веществ.
Изучение строения и принципов работы различных систем живых организмов помогли найти оригинальные решения в технике и строительстве.
Благодаря достижениям биологии всё большее значение приобретает новое направление материального производства – биотехнология . Уже сейчас она оказывает значительное влияние на решение таких глобальных проблем, как производство продуктов питания, поиск новых источников энергии, охрана окружающей среды и др.
До недавнего времени люди считали, что восстановительные способности природы безграничны. Но оказалось, что это не так. Незнание или игнорирование законов природы приводит к тяжёлым экологическим катастрофам, которые грозят гибелью всем живым организмам, в том числе и человеку. Настало время, когда от каждого из нас зависит будущее нашей планеты, поэтому значение биологических знаний возрастает с каждым годом. Биологическая грамотность необходима каждому человеку, так же как умение читать, писать и считать.
Профессии, связанные с биологией. Биология включает около 70 научных дисциплин, и по каждой из них готовятся специалисты, например ботаник, зоолог, биохимик, генетик и т. д. Биология является научной базой для медицины и сельского хозяйства. Поэтому все медицинские работники – медсёстры разных направлений, фельдшеры, врачи-педиатры, хирурги, терапевты, стоматологи и другие имеют специальное биологическое образование. В сельском хозяйстве наиболее известны профессии агрономов, зоотехников, ветеринаров. Большое число специалистов требуется для бурно развивающихся микробиологической промышленности и биотехнологии. Активно ведётся подготовка по различным направлениям экологии. В настоящее время вузы готовят не только биоэкологов или геоэкологов, но всё большую востребованность имеет, например, такая профессия, как инженер-эколог. В последнее время стала очень популярной профессия ландшафтный дизайнер. Существует очень много профессий, связанных с биологией, и любую из них вы можете выбрать.
Биология. Микология. Бриология. Альгология. Палеоботаника. Генетика. Биофизика. Биохимия. Радиобиология. Космическая биология
Вопросы
1. Что изучает биология?
2. Почему современную биологию считают комплексной наукой?
3. Какова роль биологии в современном обществе?
4. Какая область человеческой деятельности называется биотехнологией? Как она связана с биологией?
5. Какие современные профессии требуют биологического образования?
Задания
1. Выясните у ваших родителей, какие биологические знания они считают значимыми в повседневной жизни, какие они используют в профессиональной деятельности?
2. Подготовьте мультимедиапрезентацию об интересующей вас профессии. В презентации раскройте её возможные связи с биологией.
§ 2. Методы исследования в биологии
1. Что такое наука?
2. Какие биологические науки вам известны?
3. Какие методы исследования, применяемые в биологии, вы знаете?
Понятие о науке. Наука – один из способов изучения и познания окружающего мира. Биология как наука помогает понять мир живой природы.
Мы уже знаем, что люди с древнейших времён изучают живую природу. Сначала они описывали отдельные организмы, собирали их, составляли списки растений и животных, населяющих разные места. Обычно этот период изучения живых организмов называют описательным, а саму дисциплину – естественной историей . Естественная история является предшественницей биологии.
Методы научного познания. Научный метод – это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний в ходе научного исследования . Каждая наука имеет свои методы исследования. Однако независимо от того, какие методы используются, для каждого учёного важнейшим должен оставаться принцип «Ничего не принимай на веру». Это принцип отказа от слепого доверия к авторитету.
В биологии применяются различные методы. Первоисточниками всех научных данных являются точное, внимательное, непредвзятое наблюдение и эксперимент . Результаты, полученные в ходе наблюдений и экспериментов, должны быть проверены новыми наблюдениями и экспериментами. Только после этого их можно считать научными фактами .
Например, в средствах массовой информации неоднократно сообщалось о так называемом «снежном человеке», приводились рассказы очевидцев о встречах с ним, зарисовки и фотографии якобы его следов и даже самого «снежного человека». Было организовано несколько экспедиций для поиска «снежного человека». Но до сих пор никто не смог представить ни живого «снежного человека», ни его останков, ни каких-то других неопровержимых доказательств его существования. Поэтому, несмотря на многочисленные свидетельства «очевидцев», существование «снежного человека» не может быть признано научным фактом.
Жизнь удивительно многообразна. Чтобы разобраться в этом многообразии, необходимо выявить и упорядочить сходство и различия у живых организмов. Для решения этих задач применяется сравнительный метод . Он позволяет сопоставить результаты наблюдений для выявления общих закономерностей.
Биологи используют и другие методы исследования. Например, описательный метод широко применялся ещё учёными древности, но не потерял своего значения и сегодня.
Исторический метод помогает осмыслить полученные факты, сопоставив их с ранее известными результатами.
В науке любые новые открытия способствуют устранению прежних неправильных представлений и указывают на новые взаимосвязи между явлениями. В биологии новые открытия создают базу для множества практических достижений в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и других областях человеческой деятельности.
Многие считают, что следует заниматься только теми биологическими исследованиями, которые помогут решить конкретные практические проблемы сегодняшнего дня. Безусловно, развитие прикладных наук имеет очень важное значение, но нельзя забывать о важности исследований в «чистой» науке. Знания, полученные в фундаментальных исследованиях, могут показаться бесполезными для повседневной жизни человека, но они помогают понять законы, по которым развивается окружающий нас мир, и почти наверняка рано или поздно найдут практическое применение.
Этапы научного исследования. Обычно научное исследование начинается с наблюдения над объектом или явлением. После обобщения полученных в результате данных выдвигаются гипотезы (предположения), которые могут объяснить наблюдения (рис. 2).
Рис. 2. Этапы научного исследования
На следующем этапе исследования разрабатываются и проводятся эксперименты для проверки выдвинутых гипотез. Научный эксперимент должен непременно сопровождаться контрольным опытом , условия которого отличаются от условий эксперимента одним (и только одним) фактором. Анализ результатов эксперимента позволит решить, какая из гипотез верна.
Гипотеза, которая была проверена и оказалась соответствующей фактам и способной служить основой для верных предсказаний, может быть названа теорией или законом . Называя какое-либо положение законом, учёные как бы подчёркивают его универсальность, неоспоримость, большую достоверность. Однако часто термины «закон» и «теория» употребляются как равнозначные.
Рассмотрим этапы научного исследования на примере изучения условий, необходимых для прорастания семян.
Наблюдения за семенами показали, что они далеко не всегда прорастают. Очевидно, для их прорастания необходимы определённые условия.
Итак, мы можем сформулировать проблему исследования: какие условия необходимы для прорастания семян?
Следующий этап – выдвижение гипотез. Мы можем предположить, что для прорастания семян необходимы свет, темнота, вода, определённая температура, воздух, почва.
Теперь, для того чтобы проверить, какие условия действительно необходимы для прорастания семян, разработаем и проведём эксперимент.
Возьмём шесть проб по 100 семян одного вида, например кукурузы, и поместим в условия, различающиеся только по одному признаку.
Сосуд с первой пробой поместим в светлое тёплое место. В сосуд нальём воды так, чтобы она до половины покрывала семена. В этом случае воздух будет свободно проникать к семенам.
Вторую пробу семян поместим в такие же условия, что и первую, но сосуд заполним кипячёной водой доверху, лишив таким образом семена воздуха.
Сосуд с третьей пробой поместим в такие же условия, что и первый, но в тёмном месте.
В четвёртом сосуде оставим семена сухими.
Пятую пробу будем держать при температуре 1 °С.
Шестой сосуд заполним влажной почвой и поставим в тёплое место.
Проанализировав результаты эксперимента, мы придём к выводу, что свет и почва не являются обязательными условиями для прорастания семян. Семена кукурузы прорастают при наличии воды, воздуха и определённой температуры. Однако если мы внимательно рассмотрим наши пробы, то увидим, что и при благоприятных условиях не все семена проросли. Изучив эти семена, мы выясним, что их зародыш мёртв. Следовательно, прорасти могут только семена с живым зародышем.
Если вы будете сравнивать условия, необходимые для прорастания семян растений разных видов, то убедитесь, что они сильно различаются. Например, для прорастания зерновок кукурузы воды потребуется в два раза меньше их собственной массы, а для прорастания клевера воды должно быть в полтора раза больше массы семян. В то же время семена клевера прорастают уже при температуре 1 °С, кукурузы – при температуре выше 8 °С, а для семян дыни температура прорастания будет составлять 15 °С. Вы установите, кроме того, что большинство семян прорастает как на свету, так и в темноте, но есть растения (например, табак, череда), для прорастания семян которых свет необходим. Напротив, семена рыжика мелкоплодного прорастают только в темноте.
Итак, даже самое простое научное исследование требует чётко продуманного и тщательно проведённого эксперимента, на основании которого можно сделать научно достоверные выводы. При проведении наблюдений и экспериментов применяют самые современные приборы, аппаратуру, инструменты – электронные микроскопы, радиолокаторы, хроматографы и др.
Научное исследование. Научный метод. Научный факт. Наблюдение. Эксперимент. Гипотеза. Закон. Теория
Вопросы
1. Какова основная цель науки?
2. Что такое научный метод? В чём его основной принцип?
3. Что такое научный эксперимент?
5. Чем гипотеза отличается от закона или теории?
6. Какова роль прикладных и фундаментальных исследований в науке?
Задания
Сформулируйте проблему исследования, интересную для вас. Предложите этапы этого исследования.
§ 3. Сущность жизни и свойства живого
1. Какие живые организмы вы знаете?
2. Чем живые организмы отличаются от неживых?
3. Какие свойства живого вам известны?
Сущность понятия «жизнь». Обычное определение биологии как «науки о жизни» имеет смысл лишь в том случае, если мы представляем себе, что такое жизнь . На первый взгляд всё кажется просто. Даже маленький ребёнок скажет, что камень неживой, а кошка живая. На самом деле дать определение жизни очень сложно.
Во второй половине XIX в. немецкий философ Ф. Энгельс , обобщив естественно-научные знания своего времени, дал самое известное определение жизни: это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белков.
Свойства живого. Последующие открытия в биологии показали, что данное определение не раскрывает всей сущности жизни. Попытки современных учёных дать полное определение жизни также не увенчались успехом. Дело в том, что живые организмы обладают рядом признаков, отсутствующих у большинства объектов неживой природы, но среди этих признаков нет ни одного такого, который был бы присущ только живому. Например, для живых организмов характерен рост, но ведь и кристаллы растут. Поэтому проще всего дать определение жизни, перечислив основные свойства живого , или жизненные свойства .
1. Живые организмы имеют сходный химический состав и единый принцип строения .
Живые организмы «построены» из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы. Однако соотношение их в живом и неживом различно. Живые организмы на 98 % состоят из четырёх элементов – углерода, кислорода, азота и водорода, которые участвуют в образовании сложных органических молекул – белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров.
Все живые организмы имеют клеточное строение. Клетка является единой структурной и функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов на Земле.
2. Все живые организмы представляют собой открытые биологические системы (от греч. systema – целое, состоящее из взаимосвязанных частей), т. е. системы, устойчивые лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды .
Зелёные растения используют солнечную энергию для синтеза органических веществ, из которых строится их тело. Другие организмы получают энергию в результате распада сложных органических веществ пищи на более простые. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия (солнечная или химическая) и питательные вещества извне.
3. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: из неё они получают вещества, необходимые для жизни, а в неё выделяют продукты жизнедеятельности .
В неживой природе можно наблюдать, казалось бы, сходные процессы. Так, например, в процессе горения поглощаются органические вещества (дрова, воск) и кислород воздуха, а выделяются углекислый газ и другие вещества. Однако пламя костра или свечи никто не назовёт живым, да и в основе работы многих механизмов, созданных человеком, также лежат «обменные процессы».
В отличие от «обменных процессов» в неживой природе, у живых организмов самыми важными стали процессы биосинтеза и распада веществ . Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения организма, его рост, размножение и существование в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
4. Живые организмы реагируют на изменение факторов окружающей их среды .
В процессе эволюции у живых организмов выработалась способность избирательно реагировать на внешние воздействия – раздражимость . У одних реакции проявляются быстро (например, животные убегают, нападают, прячутся и т. д.), у других – медленно (например, растения поворачивают листья к свету).
5. Живые организмы развиваются .
Развитие характерно как для живой, так и для неживой материи. Но живым организмам свойственно упорядоченное, постепенное и последовательное развитие. У каждого живого организма развитие связано с реализацией наследственной программы и обычно сопровождается увеличением его массы. Последнее происходит за счёт образования новых молекул, элементарных клеточных структур и самих клеток.
Развитие характерно не только для отдельного организма, но и для живой природы в целом. В результате её исторического развития появилось всё многообразие живых организмов на нашей планете.
6. Всё живое размножается .
Новые организмы – от бактерии до человека – возникают только в результате бесполого или полового размножения особей данного вида.
7. Все живые организмы обладают наследственностью и изменчивостью .
Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Информация о том, каким должен быть организм, закодирована в его генетическом материале – хромосомах. Хотя потомки и похожи на родителей, но двух совершенно одинаковых организмов не существует. Это объясняется ещё одним свойством живого – изменчивостью .
8. Живые организмы приспособлены к определённой среде обитания .
Даже по внешнему виду часто можно определить, какой образ жизни ведёт данный организм. Например, вы сразу отличите хищную птицу от зерноядной, влаголюбивые растения от растений пустынь.
Таким образом, живые биологические системы резко отличаются от неживых систем сложностью строения и высокой упорядоченностью протекающих в них физиологических процессов. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства.
Уровни организации живой природы. Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчинённости. Учёные выделяют следующие уровни организации живого: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный (рис. 3).
Всем живым системам, независимо от уровня организации, присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии.
Рис. 3. Уровни организации живой природы
Жизнь. Свойства живого. Биологические системы. Обмен веществ. Процессы биосинтеза и распада. Раздражимость. Размножение. Наследственность. Изменчивость. Развитие. Уровни организации живого
Вопросы
1. Почему очень сложно дать определение понятия «жизнь»?
2. В чём заключается различие химической организации живых организмов и объектов неживой природы?
3. Каковы основные свойства живого?
4. Чем различаются процессы обмена у живых организмов от аналогичных процессов, встречающихся в неживой природе?
5. В чём может проявляться приспособленность организмов к среде обитания? Приведите соответствующие примеры.
Задания
1. Объясните, почему живые организмы называют открытыми биологическими системами.
2. Перечислите известные вам уровни организации живого. Попробуйте привести примеры соответствующих им биологических систем.
